Определение коэффициентов конвективной теплоотдачи в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования

Василий [Vasiliy] Яковлевич [Ya.] Губарев [Gubarev]; Михаил [Mikhail] Антонович [A.] Бавыкин [Bavykin]; Андрей [Andrey] Юрьевич [Yu.] Кирин [Kirin]

doi:10.24160/1993-6982-2024-6-76-82

Василий Яковлевич Губарев
Михаил Антонович Бавыкин
Андрей Юрьевич Кирин

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-6-76-82

Ключевые слова: коэффициент теплоотдачи, моделирование, интенсификация теплообмена, прямой пламенный нагрев, непрерывное горячее цинкование

Аннотация

По энергоёмкости одной из главных отраслей в мировой и российской промышленности является металлургия. Термообработка холоднокатаной стали – важнейший процесс для нанесения коррозионностойкого покрытия. Приоритет непрерывного горячего цинкования обусловлен высокой производительностью и полной автоматизацией процесса.

Основной энергопотребляющей частью агрегата является зона прямого пламенного нагрева, интенсификация процесса теплообмена в которой должна стать главным направлением повышения энергоэффективности процесса нагрева холоднокатаной стали.

В настоящее время процесс нагрева холоднокатаной стали регулируется исключительно в зависимости от заданной температуры металла на выходе из зоны прямого пламенного нагрева. В связи с этим, при изменении производительности агрегата ухудшается эффективность теплообменных процессов, что влечёт за собой повышение тепловых потерь и удельного расхода топлива на нагрев холоднокатаной стали. Изменение производительности агрегата обусловлено изменением типа и скорости обрабатываемого сортамента.

Интенсификация теплообмена в зоне прямого пламенного нагрева должна проходить на базе комплексной тепловой модели, учитывающей все теплообменные процессы в печи, протекающие между металлом, газами и кладкой. Данная тепловая модель позволяет рассчитывать температуры обрабатываемого металла, атмосферы и кладки печи по всей длине зоны прямого пламенного нагрева в зависимости от типа сортамента, расходов газа и воздуха по зонам печи.

На основании разработанной и верифицированной тепловой модели зоны прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования можно оптимизировать существующие тепловые режимы с точки зрения эффективности использования топлива.

Описан процесс моделирования печного пространства агрегата непрерывного горячего цинкования с целью определения коэффициентов конвективной теплоотдачи при взаимодействии потока газа с прокатной полосой.

Сведения об авторах

Василий Яковлевич Губарев

кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики Липецкого государственного технического университета, e-mail: gv_lipetsk@rambler.ru

Михаил Антонович Бавыкин

аспирант 1-го курса кафедры промышленной теплоэнергетики Липецкого государственного технического университета, специалист ПАО «НЛМК», e-mail: bavykin.mikhail@yandex.ru

Андрей Юрьевич Кирин

выпускник аспирантуры кафедры промышленной теплоэнергетики Липецкого государственного технического университета, руководитель проектов ПАО «НЛМК», e-mail: andrey-om3@mail.ru

Литература

1. Анников М.В., Кирин А.Ю., Губарев В.Я. Анализ теплового баланса камеры безокислительного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Школа молодых ученых: Сб. материалов областного профильного семинара по проблемам технических наук. Липецк, 2020. С. 20—23.
2. Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Определение коэффициентов теплоотдачи при взаимодействии потока газа с полосой в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Материалы VIII Российской нац. конф. по теплообмену. М.: НИУ «МЭИ», 2022. Т. 2. С. 329—330
3. Бавыкин М.А., Губарев В.Я. Исследование конвективного теплообмена в секции прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего оцинкования // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. XXIX Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. М.: ООО Центр полиграфических услуг «Радуга», 2023. С. 958.
4. Батурин О.В., Батурин Н.В., Матвеев В.Н. Расчет течений жидкости и газа с помощью универсального программного комплекса FLUENT. Самара: Изд-во Самарского гос. аэрокосмического ун-та, 2009.
5. Зиганшин А.М. Вычислительная гидродинамика. Постановка и решение задач в процессоре Fluent. Казань: Изд-во Казанского гос. архитектурно-строительного ун-та, 2013.
6. Черных А.А., Ярцев А.Г., Пешкова А.В. Процесс стационарного теплообмена в моделях с дисперсными включениями // Энергетика. Проблемы и перспективы развития: Сб. материалов IV Всерос. молодежной науч. конф. Тамбов: Изд-во Тамбовского гос. техн. ун-та, 2019. С. 63—64.
7. Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. М.: Наука, 1971.
8. Каюмова В.Э., Мухина Е.Ю. Анализ математических моделей многозонных протяжных печей // Символ науки. 2016. № 12—2. С. 69—71.
9. Рябчиков М.Ю., Самарина И.Г. Изучение режимов нагрева стальной полосы в протяжной печи башенного типа для светлого отжига // Новые материалы и технологии производства. 2013. № 1(73). С. 43—49.
10. Рябчиков М.Ю., Барков Д.С.-Х., Рябчикова Е.С. Управление нагревом металла в методических печах с учётом распределения внешних тепловых потерь по длине печи // Металлообработка. 2016. № 6(96). С. 38—47.
---
Для цитирования: Губарев В.Я., Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Определение коэффициентов конвективной теплоотдачи в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 76—82. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-76-82
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов